一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及污水处理技术领域，具体涉及一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法与应用。该制备方法包括：(1)在催化剂的存在下，将烷基哌嗪和溴代丁酸烷基酯在溶剂和助剂中进行酯化反应，得到混合物。(2)混合物去除溶剂、水解、调pH值、洗涤、干燥，随后经过酯化物的水解反应得到水锁抑制剂。该无磷缓蚀阻垢剂具有合成工艺简单，毒性低，对环境无污染，缓蚀阻垢效果优异等特点，在使用浓度为2ppm条件下对碳酸钙的阻垢率达到98％以上；在20mg/L条件下硫酸钡阻垢率达到85％以上，腐蚀速率低于0.05mm/年。腐蚀速率低于0.05mm/年。

【技术实现步骤摘要】
一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及污水处理
，具体涉及一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在稠油油藏的开发过程中，为了更加经济有效地开发稠油区块，常实施掺水乳化降粘工艺。在实施过程中，由于压力、温度等条件变化及水的热力学不稳定性和化学不相容性，往往造成油套管/井下与地面设备及集输管线出现结垢，甚至油气井停产和报废。在油田中常见的垢是碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸锶垢、硫酸钡垢。影响系统结垢的因素主要包括固体表面条件、油井产出液中的成垢离子浓度及垢在水中的溶解度。因此，可以从控制固体表面条件、降低油井产出液中的成垢离子浓度和增大垢在水中的溶解度等方面考虑防垢措施。目前常用的防垢措施主要有阻垢剂防垢、电磁防垢和采用不易结垢的管材(如玻璃钢管材)等方法。
[0003]自20世纪70年代以来，磷系缓蚀阻垢剂开始应用于工业循环冷却水系统，因其无毒、价廉、缓蚀阻垢效果突出而备受推广。在我国，为防止高浓缩倍数下引起的腐蚀结垢，工业循环冷却水系统一般需以2％左右的流量向环境排放循环水，这些排放的循环冷却水被列入“清净下水”，可以直接排入地表水体。根据生态学中的最小值原理，磷元素是引起水体富营养化的关键元素，近年来，我国很多地区均限制了含磷缓蚀阻垢剂在工业循环冷却水中的应用，因此，开发一种高效无磷缓蚀阻垢剂意义重大。
[0004]ZL201010585183X公开了一种用于油田回注水的缓蚀阻垢剂的制备，以重量份数配制原料，经反应釜合成：a、酯化反应：将45-55份的甘油水浴加热至70℃，一次加入28-32份五氧化二磷；升温不超过95℃，得甘油磷酸酯；b、聚合反应：将28-35份的甘油磷酸酯，加3-5份的过硫酸铵催化剂，加热至130℃，依次添加28-35份丙烯酸、28-35份马来酸酐，控制温度搅拌7-9h，得甘油磷酸酯-丙烯酸-马来酸酐共聚物；c、复配：将5-10份甘油磷酸酯-丙烯酸-马来酸酐共聚物和30-50份水，搅拌下依次添加3-5份双咪唑啉、10-15份有机胺缓蚀剂、10-15份聚环氧琥珀酸、20-25份聚天冬氨酸，搅拌均匀，即得成品。但本专利技术存在着制备工艺复杂、成本高、适用范围窄的缺点。
[0005]ZL2011100607400公开了一种油田回注水专用缓蚀阻垢剂及其制备方法。油田回注水专用缓蚀阻垢剂由如下重量百分比的物料复配而成：2-膦酸基-1，2，4-三羧酸丁烷5～20％、聚马来酸15～30％、油酸基双环咪唑啉缓蚀10～25％、硫酸锌2～5％、亚硫酸钠3～10％和余量去离子水。制备方法是在反应釜中先用去离子水溶解硫酸锌和亚硫酸钠，去离子水用量占去离子水总量的1/5，再加入2-膦酸基-1，2，4-三羧酸丁烷、聚马来酸和油酸基双环咪唑啉缓蚀剂和剩余的去离子水，常温下搅拌45～55分钟制成。本专利技术缓蚀、阻垢效果偏低，用量多且制备工艺较为复杂。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法与应用。该无磷缓蚀阻垢剂具有合成工艺简单，毒性低，对环境无污染，缓蚀阻垢效果优异等特点，在使用浓度为2ppm条件下对碳酸钙的阻垢率达到98％以上；在20mg/L条件下硫酸钡阻垢率达到85％以上，腐蚀速率低于0.05mm/年。
[0007]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种无磷缓蚀阻垢剂的制备方法，该制备方法包括：
[0008](1)在催化剂的存在下，将烷基哌嗪和溴代丁酸烷基酯在溶剂和助剂中进行酯化反应，得到混合物。
[0009](2)混合物去除溶剂、水解、调pH值、洗涤、干燥，随后经过酯化物的水解反应得到水锁抑制剂。
[0010]所述的溴代丁酸烷基酯的结构式如式(1)所式：
[0011]BrCH2CH2CH2COOR1ꢀꢀꢀ
(1)
[0012]其中，R1为C1～C5的直链烷基。
[0013]所述的烷基哌嗪的结构式如式(2)所式：
[0014][0015]其中，R2为C1～C8的直链烷基。
[0016]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了由本专利技术第一个方面所述的方法制得的无磷缓蚀阻垢剂，该阻垢剂的分子通式如下：
[0017][0018]其中，R2为C1～C8的直链烷基。
[0019]根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提供了本专利技术第二方面所述的无磷缓蚀阻垢剂作为处理剂应用于油田注入水处理中的应用。
[0020]本专利技术的无磷缓蚀阻垢剂分子上由于具有双羧酸基团，在酸性、中性和碱性环境下羧基均可与水中的Ca
2+
，Mg
2+
等形成稳定的络合物，从而降低了Ca
2+
，Mg
2+
等与碳酸根结合的可能性，阻止了沉淀物的形成；同时，分子水解的羧酸基团能吸附在垢盐的表面使垢盐带有负点，由于同性相斥，垢盐无法相互之间聚集形成大垢粒，减少了垢粒增大析出的可能。分子上有S、O等元素，在酸性、碱性和中性条件下，分子的亲水基团可有效吸附在金属表面上，而疏水基团朝向水侧，阻碍水中溶解的氧向金属表面扩散，进而阻止了金属的腐蚀作用。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
[0022](1)本专利技术的无磷缓蚀阻垢剂的原料来源广泛，合成工艺简单，过程清洁无污染，
700rpm；第二阶段的反应条件包括：温度为60-70℃，时间12-18h，搅拌速度600-800rpm。
[0041]优选地，所述的水解反应的步骤包括加入强碱水解，然后加入酸调节pH，最后通过脱色，除去溶剂、过滤、洗涤和干燥。
[0042]其中，所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种，配制溶液浓度为10-15wt％，用量为烷基哌嗪质量的3-15倍。所述的酸为稀盐酸、硫酸中的一种，配制溶液浓度为1-3wt％。
[0043]本专利技术中，优选地，所述的去除溶剂采用旋蒸法。
[0044]按照一种更具体的优选实施方式，所述无磷缓蚀阻垢剂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0045](1)取烷基哌嗪，加入到三口烧瓶中，再加入催化剂、助剂和溶剂，在室温下搅拌10-30min，搅拌速率为200-400rpm，待完全溶解后，缓慢加入溴代丁酸烷基酯，搅拌速率调节至500-700rpm，加热至40-50℃，待反应1-4h后，加热温度提升至60-70℃，搅拌速率调节至600-800rpm，继续反应12-18h，反应结束后，关闭搅拌器和加热电源，得到混合物A。
[0046](2)将上述混合物A用硅藻土过滤1-2次，用丙酮洗涤滤渣1-2次，合并洗液和滤液，放入旋转蒸发仪中除去溶剂，然后加入到二氯甲烷中溶解，同时加入10％的硫代硫酸钠溶液洗涤1-2次，然后水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，用饱和碳酸氢钠溶液洗涤2-3次，然后用硫酸钠干燥，得到深红棕色的油状物。
[0047](3)向上述油状物中加入强碱水溶液，室温搅拌2-5h，控制搅拌速率为300-500rpm，反应结束后，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无磷缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：(1)在催化剂的存在下，将烷基哌嗪和溴代丁酸烷基酯在溶剂和助剂中进行酯化反应，得到混合物；(2)混合物去除溶剂、水解、调pH值、洗涤、干燥，随后经过酯化物的水解反应得到水锁抑制剂；所述的溴代丁酸烷基酯的结构式如式(1)所式：BrCH2CH2CH2COOR1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，R1为C1～C5的直链烷基；所述的烷基哌嗪的结构式如式(2)所式：其中，R2为C1～C8的直链烷基。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以1mol份的烷基哌嗪为基准，所述溴代丁酸烷基酯的用量为2～3mol。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以1mol份的烷基哌嗪为基准，所述溴代丁酸烷基酯的用量为2.3mol。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为碘化钾、碳酸钾中的一种，以1mol份的烷基哌嗪为基准，所述的催化剂用量为0.2-1.2mol。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为丙酮、二乙二醇单丁醚中的的一种，以1mol份的烷基哌嗪为基准，所述的溶剂用量为100-350mol。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的助剂为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氢碘酸盐中的一种，以1mol份的烷基哌嗪为基准，所述的助剂用量为0.1-0.5mol。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的酯化反应可以包括：温度为40-70℃，时间13-22h，搅拌速度500-800rpm。8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述酯化反应包括依次进行的两个阶段，第一阶段的反应条件包括：温度为40-50℃，时间1-4h，搅拌速度500-700rpm；第二阶段的反应条件包括：温度为60-70℃，时间12-18h，搅拌速度600-800rpm。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的水解反应的步骤包括加入强碱水解，然后加入酸调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦，张星，王云川，张君，孙以德，卢占国，冯震，官庆卿，王增敏，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：